磷酸铵镁脱氮除磷技术及其应用研究

摘要

论文提出了在优化试验的基础上，用磷酸铵镁沉淀法处理高浓度氨氮废水和磷酸盐废水，使处理出水的TP含量在10mg/L左右，NH3-N含量在50mg/L左右，与生活污水的氮、磷含量接近，然后把处理出水与生活污水按一定比例混合，用SBR生物处理工艺处理混合污水使其达标排放。论文详细探讨了沉淀剂种类、废水pH值、物质摩尔配比、反应时间、反应温度、物质浓度、搅拌速度、沉淀剂的加入方式、陈化时间等因素对同时脱氮除磷效果的影响。探讨了磷酸铵镁沉淀法处理磷酸盐工业废水、垃圾渗滤液、磷酸盐工业废水和垃圾渗滤液综合废水。并探讨了用SBR法进一步处理磷酸铵镁法处理出水的可行性及其影响因素。对磷酸铵镁脱氮除磷技术的相关机理进行了研究。
　　论文主要研究内容与结论如下：
　　①试验表明，影响磷酸铵镁脱氮除磷的主要因素有：
　　1)沉淀剂种类：处理高浓度氨氮废水的较佳沉淀剂为：Na2HPO4.12H2O+MgCl2.6H2O和Na2HPO4.12H2O+MgSO4.7H2O。处理高浓度磷酸盐废水的较佳沉淀剂为：NH4Cl+MgCl2.6H2O和NH4Cl+MgSO4.7H2O。处理同时含高浓度氨氮和磷酸盐废水的较佳沉淀剂为：MgCl2.6H2O和MgSO4.7H2O。
　　2) pH值：pH=8.5~10.0范围内有比较好的同时脱氮除磷效果，pH=9.5时同时脱氮除磷效果最好。
　　3) Mg:P:N摩尔配比：废水的氨氮和磷酸盐含量不同，最佳的Mg:P:N摩尔配比也不同。处理 PO43—-P含量为1700~1800mg/L的磷酸盐工业废水的最佳的Mg:P:N=1.4:1.11:1.0，处理NH3-N含量为2500~2600mg/L的垃圾渗滤液的最佳的Mg:P:N=1.3:1.15:1.0，综合处理上述磷酸盐工业废水和垃圾渗滤液的最佳的Mg:P:N=1.5:1.187:1.0。
　　4)陈化作用：陈化作用能明显影响氨氮和磷酸盐去除率，当生成的沉淀物质绝大部分是磷酸铵镁时，陈化时间在24h左右，处理出水中的氨氮残留量可降低10％左右，磷酸盐残留量可降低5%左右。
　　5)搅拌速度：搅拌速度太低（如：50 r/min）或太高（如：500 r/min）时同时脱氮除磷效果较差，搅拌速度为200 r/min左右时的同时脱氮除磷效果最好。
　　②使处理出水的TP在10mg/L左右，NH3-N含量在50 mg/L左右，磷酸铵镁沉淀法处理不同废水的较佳试验条件为：
　　1)处理PO43—-P含量为1700~1800 mg/L的磷酸盐工业废水时，搅拌速度为200 r/min左右，反应时间为20 min，pH=9.5，Mg:P:N=1.4:1.11:1.0。在陈化时间为30min以及在上述试验条件下，PO43—-P的去除率为98.69%，处理出水的PO43—-P含量为9.16 mg/L，NH3-N含量为64.10mg/L。
　　2)处理NH3-N含量为2500~2600mg/L的垃圾渗滤液时，搅拌速度为200 r/min左右，反应时间为20 min，pH=9.5，Mg:P:N=1.3:1.15:1.0。在陈化时间为30min以及在上述试验条件下，NH3-N的去除率为97.05%，处理出水NH3-N含量为75.86 mg/L，PO43—-P含量为8.35mg/L。
　　3)综合处理 NH3-N含量为2500~2600mg/L的垃圾渗滤液和PO43—-P含量为1700~1800 mg/L的磷酸盐工业废水时，搅拌速度为200 r/min左右，反应时间为20 min，pH=9.5，Mg:P:N=1.5:1.187:1.0。在陈化时间为30min以及在上述试验条件下，PO43—-P去除率为99.53%，NH3-N去除率为87.56%，处理出水的PO43—-P含量为6.79 mg/L，NH3-N含量为76.12 mg/L。
　　通过 X-衍射光谱和扫描电镜表征，处理几种废水所得到的沉淀物绝大部分是磷酸铵镁。
　　③试验表明，常规的活性污泥经过逐步提高含盐量的驯化，在废水的电导率为15000μs/cm左右时，活性污泥仍有很好的COD去除效果和脱氮除磷效果。磷酸铵镁沉淀法处理出水用SBR法进行处理的较佳试验运行工况为：
　　1)磷酸盐工业废水处理出水和生活污水按体积比约为1：1的比例混合，混合污水的电导率约为15000μs/cm，COD约为320.0mg/L，TN约为50mg/L，TP约为7.0mg/L。运行周期为10h（其中厌氧1.5h，好氧4.5h，缺氧2.5h，后耗氧0.5h，沉淀排水和闲置1.0h）。出水TN小于15mg/L、TP小于1.0mg/L、COD约为22mg/L，TN、TP、COD去除率可达到75%、86%、92%左右。
　　2)垃圾渗滤液处理出水和生活污水按体积比约为1：4的比例混合，混合污水的电导率约为15000μs/cm，COD约为1150.0mg/L，TN约为48mg/L，TP约为6.0mg/L。运行周期为12h（其中厌氧2.0h，好氧5.0h，缺氧3.5h，后耗氧0.5h，沉淀排水和闲置1.0h）。出水TN小于15 mg/L、TP小于1.0mg/L、COD约为110mg/L，TN、TP、COD去除率可达到77%、87%、90%左右。
　　3)磷酸盐工业废水和垃圾渗滤液综合废水的处理出水和生活污水按体积比约为1：1的比例混合，混合污水的电导率约为15000μs/cm，COD约为630.0mg/L，TN约为51mg/L，TP约为6.0mg/L。运行周期为10h（其中厌氧1.5h，好氧4.5h，缺氧2.5h，后耗氧0.5h，沉淀排水和闲置1.0h）。出水TN小于15 mg/L、TP小于1.0mg/L、COD约为45mg/L，TN、TP、COD去除率可达到78%、88%、93%左右。
　　④动力学试验的研究表明，在pH=9.5时，体系主要发生的总反应为：
　　Mg2++NH4++HPO42-+6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓+H+
　　该反应为二级反应，
　　平衡常数为Kθ=1.92，
　　速率常数为k=3.75L.mol-1.s-1，
　　活化能1.02.14-=mol KJ E。
　　用SBR法处理磷酸盐工业废水和垃圾渗滤液综合处理出水和生活污水的混合污水时，
　　厌氧段COD去除动力学方程为：C Xt t=e C00-1888.；
　　厌氧段的释磷动力学方程为：+=--；C C00459.1(01888. Xt t P P0 e C0)
　　好氧段COD的去除动力学方程为：C=C e-0.0963 Xt；t0
　　好氧段吸磷动力学方程为：C=-C e0.1671 Xt pt p0；
　　缺氧段的反硝化吸磷动力学方程为：C Xt pt=e C0773. p00-。

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中文摘要

英文摘要

目录

1 前 言

1.1 脱氮除磷技术研究现状

1.2 磷酸铵镁脱氮除磷技术研究概况

1.3 课题的提出及研究内容

2 磷酸铵镁脱氮除磷技术试验研究

2.1 试验设计与方法

2.2 人工合成废水处理试验

2.3 磷酸盐工业废水处理试验

2.4 垃圾渗滤液处理试验

2.5 磷酸盐工业废水和垃圾渗滤液综合处理试验

2.6 本章小结

3 磷酸铵镁法处理出水的生物法处理试验研究

3.1 试验装置、材料及方法

3.2 试验结果与分析

3.3 本章小结

4 磷酸铵镁沉淀反应及高盐氮磷污水生物处理的动力学

4.1 反应机理

4.2 磷酸铵镁晶形沉淀形成的相关机理

4.3 磷酸铵镁沉淀反应的动力学

4.4 SBR处理垃圾渗滤液和磷酸盐混合污水的脱氮除磷动力学模式

4.5 本章小结

5 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

致谢

参考文献